刚果布谷马西矿区钾盐矿北部矿段盐类沉积缺失浅析

岳伟佳，栾元滇，周兴涛

(山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东 济南 250014)

0 引言

布谷马西地区钾盐矿位于刚果共和国西部沿海一带,大地构造属刚果盆地中部黑角次级盆地[1-4]。该区地下钾盐资源极其丰富，多国在此区针对钾盐矿开展了地质勘查，霍利(Holle)、麦戈(Mengo)、新图库拉(Sintoukola)、布谷马西(Mboukoumassi)等多处钾盐矿。笔者在布谷马西地(1)刚果共和国奎卢省布谷马西矿区南部矿段钾盐矿勘探报告，山东省地矿工程勘察院，2015年。(2)刚果共和国奎卢省布谷马西矿区北部矿段钾盐矿普查报告，山东省地矿工程勘察院，2015年。综合分析，发现该矿区南北矿段Ⅲ，Ⅳ岩性段钾盐矿沉积有一定差异，认为北部矿段Ⅲ，Ⅳ岩性段存在沉积缺失。

1 区域地质特征

布谷马西矿区位于刚果成盐盆地中部。根据区域地质资料和钻探揭露，该区基底为元古界，上覆地层由老到新依次为白垩系、新近系、第四系(图1)。

其中白垩系为该区钾盐矿含矿层位，厚度巨大，一般大于3000m。矿区为断陷盆地，盐类矿产形成后，构造活动主要以沉降为主，局部发育小的断层、褶皱、层间柔皱及溶腔等；东部马永背山一带褶皱、断裂构造发育。区域岩浆岩主要分布于东部，岩性主要为中细粒花岗岩，呈小岩株状。

根据盐类矿层分布特征，布谷马西钾盐矿床以奎卢河为界分为南部、北部2个矿段，北部矿段位于刚果盆地偏北部，靠近马永背山一带，南部矿段位于刚果盆地偏中部(图2)。

2 矿区地质特征

依据岩石组合特征和沉积建造，该区白垩系自下而上可划分为3部分：下部陆相沉积层、中部泻湖相盐类沉积层、上部海相沉积层[5]；其中中部泻湖相盐类沉积层根据沥青层和溢晶石层，南部矿段可划分为4个岩性段8个沉积旋回，北部矿段可划分为3个岩性带6个沉积旋回(图3)[6-10]。

1—第四纪全新统；2—新近纪-第四纪更新统；3—白垩系；4—新元古界；5—中元古界；6—古元古界；7—花岗岩；8—地质界线；9—断裂；10—勘查区位置；11：钻孔位置及编号；12—二维地震剖面线位置及编号图1 矿区地质图

1—盐层顶板等深线(m)；2—勘查区位置；3—北部矿段位置；4—南部矿段位置；5—未遭变动盐层的大致亚界线；6—国界线；7—钾盐矿图2 刚果盆地推测盐层顶板等深线图(鲁伊特，1979)

1—第四系；2—新近系；3—白垩系；4—粉砂、砂、黏土质粉砂；5—蓝灰色粉砂；6—蓝灰色泥质粉砂岩；7—白云质砂岩、白云岩；8—硬石膏岩、石膏砾岩；9—石盐岩与光卤石岩互层；10—沥青页岩；11—溢晶石岩；12—粉砂岩、泥质粉砂岩、砂岩；13—岩性带编号；14—旋回编号图3 矿区南北矿段岩性柱状对比图

2.1 盐类沉积特征

南、北矿段中部泻湖相盐类沉积厚度差别较大，但各岩性段沉积特征类似，Ⅰ，Ⅱ岩性段对应性较好，Ⅲ，Ⅳ岩性段差异较大。中部泻湖相盐类沉积层是钾盐矿的赋矿层位。其上覆为海相沉积，下伏为陆相沉积。

该层岩性总体上呈石盐岩和光卤石岩互层，其间夹多层沥青页岩，局部发育溢晶石岩。根据钻孔揭露的岩性特征、盐类矿物沉积特征、岩石组合特征，以沥青页岩(底)、溢晶石岩(顶)为标志层将区内盐类沉积划分为8个沉积旋回。在沉积旋回划分的基础上，根据岩性组合和盐层空间分布特征，以稳定连续分布的沥青页岩为标志层，每两个沉积旋回归并为一个岩性段，共划分出4个岩性段：Ⅰ岩性段位于盐类沉积的最下部，包含2个沉积旋回，以中部发育的一层沥青页岩为界，下部为第一旋回、上部为第二旋回；Ⅱ岩性段位于盐类沉积的中下部，包含2个沉积旋回，以中下部发育的一层沥青页岩为界，其下为第三旋回，其上为第四旋回；Ⅲ岩性段位于盐类沉积的中上部，包含2个沉积旋回，以该带中部发育的一层沥青页岩(夹硬石膏岩)为界，下部为第五旋回，上部为第六旋回；Ⅳ岩性段位于盐类沉积的上部，包含2个沉积旋回，以该带中部发育的一层厚度较厚的沥青页岩为界，其下为第七旋回，其上为第八旋回。南部矿段该带沉积较完整，发育8个沉积旋回、4个岩性段；与南部矿段对比，北部矿段仅发育6个沉积旋回、3个岩性段，局部发育5个沉积旋回，缺失第七旋回、第八旋回，局部缺失第六旋回。

2.1.1 南部矿段

Ⅲ岩性段位于盐类沉积的中上部，上覆Ⅳ岩性段，下伏Ⅱ岩性段，均呈整合接触，其顶板埋深311.12～463.11m，底板埋深525.20～717.80m，厚度204.87～284.99m，平均厚度252.35m。4个岩性段中该带厚度最大，该带是主要赋矿层位(图4)。第五旋回总体呈薄层石盐岩与薄层光卤石岩交互沉积，自下而上石盐岩渐趋变薄，而光卤石岩渐趋变厚，发育主矿层Ⅲ-1(表1)。第六旋回总体呈3层石盐岩夹两层光卤石岩，岩层厚度大，稳定，发育主矿层Ⅲ-10，Ⅲ-11。

Ⅳ岩性段：该带位于盐类沉积的上部，上覆海相沉积层，下伏Ⅲ岩性段，均呈整合接触。其顶板埋深198.46～285.50m，底板埋深311.12～463.11m，厚度83.69～189.23m，平均厚度131.10m。该带总体石盐岩厚度较大，光卤石厚度较小(图5)，两者累计厚度比约为4∶1。第七旋回总体呈中厚层石盐岩夹薄层光卤石岩的特征，自下而上，石盐岩厚度渐趋变薄。光卤石岩共发育7～8层，厚度普遍较薄，多在0.7～3m，只有中部发育一层厚度10m左右的光卤石岩，为主矿层Ⅳ-2。第八旋回仅发育一厚层石盐岩，个别钻孔顶部发育光卤石岩层、钾石盐层。

1—石盐岩；2—光卤石岩；3—沥青页岩；4—溢晶石岩；5—主矿层位置及编号图4 南部矿段Ⅲ岩性段沉积特征

表1 南部矿段Ⅲ，Ⅳ岩性段主矿层特征

2.1.2 北部矿段

Ⅲ岩性段位于盐类沉积的上部，与上覆海相沉积层呈平行不整合接触，与下伏Ⅱ岩性段呈整合接触。顶板埋深259.84～414.21m，底板埋深425.16～465.23m，厚度43.67～194.31m，平均厚度111.13m[11]。其顶部为钾石盐型钾盐矿层赋矿层位。该段矿区范围内沉积厚度变化较大，不稳定，总体上呈石盐岩与光卤石岩互层沉积，岩性主要为光卤石岩、石盐岩，局部发育水氯镁石岩、钾石盐岩、硬石膏岩、粉砂岩。该带顶板仅有ZK251，ZK311，ZK372，ZK292等4孔发育硬石膏岩，多为石膏砾石，ZK371，ZK252，ZK431等3孔缺失硬石膏层；该段顶部发育3层钾石盐型钾盐矿层(表2)，部分钻孔缺失(图6)；ZK01，ZK251，ZK311，ZK372发育，ZK252，ZK292，ZK371，ZK431缺失。中部发育一层约20m的水氯镁石岩层，各孔发育厚度不均，多数钻孔缺失。下部光卤石岩与石盐岩呈薄层互层状，层厚多在2～6m，岩性较杂，KCl含量较低，底部为一层厚度较稳定的10m左右的石盐岩和6～10m的沥青页岩。第五旋回在北部矿段东北部及东部发育不完全，部分缺失。该旋回总体呈石盐岩与光卤石岩交互沉积，自下而上石盐岩渐趋变薄，光卤石岩渐趋变厚，发育一层厚度较大的钾石盐型钾盐矿层Ⅲ-3和两层光卤石型钾盐矿层Ⅲ-1，Ⅲ-2。第六旋回仅在北部矿段的西南部(ZK01，ZK251，ZK311，ZK372)发育。该旋回厚度在北部矿段范围内差异明显，自北向南逐渐变厚。岩性自北向南变化同样明显，北部ZK372孔仅发育一层16.60m的石盐岩，中部ZK311孔石盐岩层厚度达到54.84m并出现0.92m的钾石盐质石盐岩，中南部ZK251，ZK01孔旋回上部出现光卤石岩和钾石盐岩沉积，发育两层钾石盐岩型钾盐矿层Ⅲ-4，Ⅲ-5。

1—石盐岩；2—光卤石岩；3—沥青页岩；4—主矿层位置及编号图5 南部矿段Ⅳ岩性段沉积特征

表2 北部矿段Ⅲ岩性段主矿层特征

2.2 二维地震特征

由于沉积作用的影响，不同地质层位地震波组反射特征有所不同。研究区白垩纪的盐系地层表现为石盐岩与光卤石岩互层状。钾盐矿石类型为光卤石型，体重为1.6t/m3，石盐岩体重为2.1t/m3。由于光卤石岩和石盐岩密度差较大，速度差也较大，所以光卤石岩和石盐岩的分界面表现为一个强的地震反射界面，可根据地震剖面特征来初步预测主矿层在地震剖面上的连续性[12-14]。依据钻孔分层，结合地震剖面特征，该次二维地震工作确定7个标定层位：第三系顶界、白垩系顶界、石膏顶界、盐Ⅳ顶界、盐Ⅲ顶界、盐Ⅱ顶界、盐Ⅰ底界。

南部矿段：L3剖面为南部矿段范围内施工的一条NW—SE向的联络剖面(图7)，根据剖面特征可见南部矿段矿层连续性较好，矿层厚度大，岩性段较稳定，仅局部发育小的断裂、溶腔等构造。南部矿段矿层上部连续性较好，在地震剖面上较易识别，下部存在一定差异，矿层下部自南向北埋深变浅，矿层厚度自南向北逐渐变薄[15]。

1—石盐岩；2—光卤石岩；3—钾石盐岩；4—含沥青粉砂岩；5—沥青页岩；6—溢晶石岩；7—光卤石型钾盐矿层位置及编号；8—钾石盐型钾盐矿层位置及编号图6 北部矿段Ⅲ岩性段沉积特征

北部矿段：NL1剖面为北部矿段范围内施工的一条走向NE—SW向的联络剖面(图8)，根据剖面特征可见北部矿段断裂、溶腔等构造较发育，特别是北部矿段北部发育多条断裂，矿层连续性一般。矿层在矿段中部埋深较浅，向南北两侧埋深变深，矿层厚度自南向北逐渐变薄。

通过L3剖面和NL1剖面对比可见，二维地震显示南部矿段反射波较稳定，连续性好，受构造影响较小；北部矿段反射波较乱，连续性差，受构造影响较大。据二维地震特征显示北部矿段矿层上部岩性呈断断续续状，明显受构造活动影响较多。

3 缺失原因分析

根据钻孔岩性对比分析，布谷马西矿区南部矿段盐类沉积较稳定，施工各钻孔可对比性较强；北部矿段各钻孔之间差异较大，Ⅲ岩性段上部及Ⅳ岩性段因受不同程度侵蚀，导致Ⅳ岩性段缺失，Ⅲ岩性段厚度变化较大。ZK251沉积厚度最大为194.31m，ZK431厚度最小为43.67m。对于缺失原因，笔者认为，在盐类沉积完成后，区域上发育有断层构造，北部矿段位于盐类沉积盆地的边部，受构造作用影响较大，而南部矿段受构造作用影响较小，矿层得以完整保存。

区域上南部矿段与北部矿段之间为奎卢河，推测在奎卢河处发育断层，如在奎卢河附近施工的ZK02孔矿层厚度仅有约165m，远小于南部矿段的平均厚度550m和北部矿段的平均厚度300m。

矿区内，根据钻孔资料可见，南部矿段矿层顶板为一层稳定的硬石膏岩，厚度多大于10m，而北部矿段施工的钻孔中仅在ZK01，ZK251，ZK311，ZK292，ZK372孔中见有硬石膏岩及石膏砾岩分布，且厚度小于10m，在盐层与顶板接触部位普遍发育一层灰黑色黏土，多含石膏砾石。

北部矿段盐类沉积上部在ZK01，ZK251，ZK311，ZK292，ZK372孔处发育钾石盐岩，而区内的钾石盐岩成因普遍认为是淋滤成因[16]，光卤石岩经上部饱和的NaCl盐水淋滤脱镁形成钾石盐岩[17-18]。经过几百万年的时间，上部来水通过孔隙或硬石膏层序中的断裂渗入光卤石岩层及其下面的盐层，在渗透率较高的区域或存在构造活动的区域，流入率预计较高。因此认为该区北部矿段硬石膏层及其上部发育裂隙，而此裂隙推断为受断裂活动影响。

结合区域、二维地震及钻孔资料分析认为，北部矿段在白垩纪沉积后期更易受构造作用影响，断层发育，上部海水与下部盐类沉积层位贯通，导致盐类沉积上部出现溶蚀，随着盐层溶蚀，上部石膏层、白云岩层出现塌陷，待稳定后继续接受沉积，造成盐类沉积上部及局部石膏层位出现沉积缺失。

4 结论

(1)北部矿段受断裂等构造活动影响较大，盐类沉积上部断裂、溶腔等构造较发育，而南部矿段受构造作用影响较小，矿层得以完整保存。断裂构造是造成南北差异的原因之一，后期进一步勘查和开采时，要注意构造对矿层的影响。

1—第三系顶界；2—白垩系顶界；3—石膏顶界；4—盐Ⅳ顶界；5—盐Ⅲ顶界；6—盐Ⅱ顶界；7—盐Ⅰ底界；8—断裂位置及编号；9—二维地震剖面线位置及编号图7 南部矿段二维地震L3剖面图

1—第三系顶界；2—白垩系顶界；3—石膏顶界；4—盐Ⅳ顶界；5—盐Ⅲ顶界；6—盐Ⅱ顶界；7—盐Ⅰ底界；8—断裂位置及编号；9—二维地震剖面线位置及编号图8 北部矿段二维地震NL1剖面图

(2)区域资料对比分析、二维地震及钻孔资料综合研究表明，盐类沉积后期，上部来水沿裂隙向下淋滤溶蚀，使Ⅲ岩性段上部及Ⅳ岩性段被侵蚀，导致部分钻孔不同程度的缺失Ⅲ岩性段上部及Ⅳ岩性段，也为北部矿段优质钾石盐型钾盐矿的形成创造了条件。可为下一步在北部矿段寻找优质钾石盐型钾盐矿提供依据。